丙烯腈储罐设计

10万吨丙烯腈厂丙烯腈储罐的设计

一、设计背景

此储罐设计针对工艺末端的丙烯腈产品的存储。该丙烯腈厂生产的产品定位是高纯度丙烯腈。纯丙烯腈沸点77.3℃，常温下为无色的有刺激性气味液体。对于丙烯腈的储罐国家和行业并无专门的设计规范，本设计参照《中华人民共和国国家标准工业用丙烯腈》以及其他工业的设计案例，并结合此工业自身特点进行设计。

二、安全要求

1. 丙烯腈属高度危险品，具有燃烧、爆炸性质，闪点-5℃，自燃点481℃，蒸气密度

1.83（相对于空气），与空气的爆炸极限3.05%~17.5%（V/V ），遇明火、高热能一起燃烧爆炸，因此，在储罐设计中需要考虑如何避免形成燃烧、爆炸气氛。

2. 丙烯腈剧毒而且易挥发，能通过皮肤及呼吸道为人体吸收，应尽可能减少丙烯腈的挥发。

3. 工作区域空气中丙烯腈最大允许浓度不超过2mg/m 3。

三、整体设计

1. 工厂生产能力为10万吨/年，每年开车时间按8000h 计，则每小时体积流量为：

4333/10*10*10/800016.34/765.021/M t kg h v m h kg m

ρ=== 考虑到丙烯腈产品作为中间产品，后续还会增加其他产品的生产工艺，以及产品的输出、市场价格的波动，设计丙烯腈在储罐中的停留时间为72h ，于是储罐的体积为：

316.34*721176.48V v m τ===

为方便计算，取丙烯腈储罐的体积为1200m 3

进行设计。

2. 储罐种类选择

丙烯腈储罐设计要求有：储存容量1200m 3，工作压力：常压，工作温度：

0~30℃。丙烯腈产品理化性质有：密度：765.021kg/m 3,纯度：>99.9%。

根据设计的储罐体积，以及介质易燃、易挥发、剧毒的涂点，结合现运行的《石油化工储运系统罐区设计规范》（SH/T 3007），设计采用常压立式圆筒形拱顶储罐。

3. 储罐材料选择

储罐材料的选取根据储罐的使用工况、储存介质特性，以及材料的机械性能等因素决定。参考《碳素结构钢和低合金结构钢热轧钢钣和钢带》(GB ／T3274)以及丙烯腈属于高毒介质，罐体选择Q345R 材质。

4. 储罐高度和直径

本储罐容积大于1000m 3，应采用不等壁厚设计。

储罐的最省材料的经济尺寸：

H ＝(( [ ] (S1+S2))/ )1/2

D ＝((4V)/ (π H))1/2

其中 罐壁板厚度－S

贮罐高度－H

贮罐的计算容积－V

罐顶板厚度－S1

罐底板厚度－S2

材料许用压力-[ ]

焊缝系数-

储液比重-

查得对于Q345R，材料许用压力为189MPa,焊缝系数为0.9，储液比重为

0.765021。

根据规格标准，对于V=1200<2000m3的储罐，罐顶板厚度取8mm，对于1000

m3

则计算得

H=(( [ ] (S1+S2))/ )1/2=((1890*0.9*(0.8+0.6))/0.765021*10-3) 1/2=17.64m

D＝((4V)/ (π H))1/2=((4*1200)/ (π *17.64))1/2=10.22m

考虑到实际储存容积与设计容量间有一定差距，最终确定储罐的直径为10.5m，高度为18m。

5.储罐壁及上下底设计

储罐罐壁是由一圈一圈的壁板焊接组成的，根据钢板规格及储罐高度要求，可确

定罐壁由9圈壁板组成，每圈高度2000mm。

（1）罐壁厚度

内层为2mm 厚的不锈钢板Q345R，四周壁板随外载荷储液静压力变化由下而上逐层减薄，罐壁的壁厚计算如下：

＝( (H-0.3) D/(2[ ] ))+c1

式中 该圈罐壁的最小计算壁厚cm

贮液重度( ＜1时取1， ＞1 时取实际值)tf/m3

H 顶端到计算圈板下端的距离m

D 贮罐直径m

[ ] 许用应力kgf/ m2

焊缝系数

c1 腐蚀余量m

其中，D=10.5m，H=18,16,14,12,10,8,6,4,2m，[ ]=189MPa,焊缝系数为0.9，

C=1mm。同时，根据储罐刚性要求，D<16m时，要求罐壁最小厚度为4.5mm，另考

虑钢板的负偏差和腐蚀余量，当厚度不到要求时取5mm，代入计算得：

表 1. 计算壁厚及设计壁厚 mm

（2）罐顶设计

罐顶按自支撑拱顶设计。拱顶球面半径R=(0.8~1.2)D =1.2×10.5 = 12.6m。

自支撑锥顶的厚度可按以下公式计算：

C E +=θsin P D

2.24t

式中 D —储罐直径，m ；

p —罐顶自重和附加载荷之和。取罐顶厚度为8mm ，估算罐顶重

为7500kg ，折合成单位面积载荷为 4.7731148.97500=⎪⎭

⎫ ⎝⎛⨯÷⨯π（Pa ） 罐顶附加载荷应按检修载荷取值，且不小于1200Pa ，所以

P=773.4+1200=1973.4（Pa ）

E —弹性模量，取E=200Gpa ；

θ—母线与水平面夹角，取自支撑锥顶坡度为1/2，于是θ=300；

C —腐蚀裕量，mm 。

()t 2.240.0020.004920.0020.006927m mm =+=+=≈ 园整至钢板规格厚度8mm 。所以假设罐顶厚度8mm 合理。

（3） 罐底设计

罐底由中幅板和边缘板搭接而成。根据D<12，中幅板钢材厚度选择5mm 。根据低圈罐壁板厚度7～10mm 之间，边缘板钢材厚度取6mm 。

一般取底层罐壁中心线直径加上罐底边缘外部最小距离为60mm ，此处取

100mm 。因而罐底板直径为10500+2×100=12500mm 。

6. 开口设计

共设计两个开口，进料口在上边，出料口在下边。取进料和出料流量相

同，均为16.34 m 3/h ，液体流速为 0-3m/s,取最大流速 3m/s ，则有孔径

43.9D mm ==

四、 荷载计算

风载荷计算

（1） 倾覆

设风载荷为0.35kpa ，取风载荷作用于贮罐重心位置，由风载荷使贮罐倾

覆的力矩应小于由贮罐重量产生的抵抗力矩（取空罐时最危险的情况）。

倾覆力矩： HQ M O 21=

抵抗力矩： )(21L r R W W D M +=